Teoria De Planck: Características Gerais | Cultura Mix
Lei de Planck descreve com precisão a radiação de corpo negro ao propor que a potência eletromagnética fosse emitida. Resolvida com êxito à catástrofe ultravioleta (curva preta). Consiste em grande problema da física clássica, resultado dos pensamentos de pioneiros que deram origem à mecânica quântica.
Lei que descreve a radiação eletromagnética emitida por corpo negro em equilíbrio térmico a determinada temperatura. Ela tem o nome de Max Planck, cientista que propôs a ideia em 1900. Resultado pioneiro da física moderna e teoria quântica.
Planck iniciou os experimentos das constantes determinadas e de maneira posterior expressou a distribuição de energia como única distribuição estável por radiação em equilíbrio termodinâmico. A título de distribuição de energia inclui ideias da distribuição de Bose-Einstein, Fermi-Dirac e Maxwell-Boltzmann.
Cada corpo físico de forma espontânea e contínua emite radiação eletromagnética. Se ele tem uma temperatura definida, quanto mais elevada maior a radiação total emitida. Os organismos emitem radiação térmica cuja maior parte está invisível para o olho humano.
As altas temperaturas trazem corpos amarelos ou azul e branco e emitem quantidades significativas de radiação de ondas curtas, incluindo ultravioleta e até mesmo raios-x. A superfície do Sol emite grande quantidade de radiação infravermelha e ultravioleta e possui pico no espectro visível. Lei de Planck descreve a radiação emitida por corpo ideal conhecido como conjunto negro em equilíbrio térmico.
A radiação Planck consiste na quantidade máxima de radiação em qualquer corpo de equilíbrio térmico. Tipo radioativo térmico do corpo físico pode ser caracterizado por emissividade. Efeitos do corpo dividido pelos resultados Planck são sempre menores ou iguais a um. A emissividade da peça de material está em geral dependente da espessura, temperatura, comprimento de onda da radiação, ângulos de emissão e da polarização.
A superfície do corpo negro pode ser aproximada por pequeno orifício na parede com compartimento grande, mantido em volume e temperatura uniforme. Em equilíbrio, a radiação no interior deste invólucro (emitida a partir do furo) segue a lei de Planck.
Radiação de Planck é isotrópica, homogênea, não polarizada e incoerente, assim como a distribuição de Maxwell-Boltzmann, única máxima entropia de distribuição de energia do grande número de partículas de massa a dada temperatura.
Em inicial se o gás de fótons não está em Planck se pode considerar que a segunda Lei da termodinâmica garante as interações e fará a distribuição de energia para mudar e aproximar a distribuição.
Se a temperatura é alterada ou o trabalho é efetuado com o gás de fotões, estes devem ser criados ou aniquilados na quantidade certa e com as energias corretas para preencher a cavidade com distribuição de Planck em temperatura nova.
Densidade de pressão e energia espectral de gás no estado de equilíbrio de fotões são determinados pela temperatura. Isto é diferente do caso de gases de material para o qual a pressão e a densidade de energia estão também determinadas por número total de partículas e propriedades, tais como a massa.
Formulas Derivadas De Planck
Lei de Planck pode ser encontrada em várias formas, dependendo das convenções e preferências dos diferentes campos científicos. As distribuições representam a potência de radiância espectral emitida a partir da superfície de saída por unidade de área projetada da fonte emissora por unidade de ângulo sólido ou espectral. Uma vez que a radiação é isotrópica a potência pode ser emitida em ângulo normal proporcional à área projetada.
Diferentes variáveis espectrais requerem formas distintas correspondentes de expressão da lei. Formas de expressão estão relacionadas com o fato físico. Para incremento especial espectral o incremento de energia física em particular é irradiado.
Derivação: Planck
Considere cubo de lado L com condução de paredes cheias de radiação eletromagnética em equilíbrio térmico à temperatura T. Se existir pequeno buraco em alguma das paredes a radiação emitida a partir do orifício será característica do perfeito corpo negro.
Nas paredes do cubo o componente paralelo do campo elétrico e ortogonal ao campo magnético deve desaparecer. Análogo à função de onda de partícula em caixa se descobre que os campos são superposições de funções periódicas.
Esboço: Lei De Planck
Descreve a distribuição espectral como característica única para a radiação eletromagnética em equilíbrio termodinâmico, quando não há nenhum fluxo líquido de matéria ou energia. A física é compreendida se considerando a radiação de cavidade com paredes rígidas e opacas. Movimento das paredes pode afetar a radiação. Se as paredes não são opacas, então o equilíbrio termodinâmico não é isolado. Existem dois processos principais:
Quando a aproximação ao equilíbrio termodinâmico na presença de matéria nos momentos em que as paredes da cavidade são refletoras imperfeitas para cada comprimento de onda, ou quando as paredes estão reflexivas enquanto a cavidade contém pequeno corpo negro (este foi o caso principal considerado por Planck).
Aproximação ao equilíbrio na ausência de matéria quando as paredes são reflexivas para todos os comprimentos de onda e da cavidade que não contém matéria. Para ela não ser fechada à cavidade a radiação térmica é explicada por uso apropriado de Lei de Planck.
http://www.youtube.com/watch?v=wFO46RTjeXg
A física clássica fornece aspectos da distribuição de Planck, como a Lei de Stefan-Boltzmann, Lei de Wien, entre outros. A explicação teórica observa radiação como gás de partículas sem massa e carga.
Fótons são vistos como os portadores da interação eletromagnética entre as partículas elementares carregadas de maneira elétrica. Criados ou aniquilados na quantidade certa com as energias corretas no sentido de preencher a cavidade com a distribuição de Planck.
Para um gás de fótons em equilíbrio termodinâmico a densidade de energia interna está determinada por temperatura. A pressão tem densidade da fonte energética interna. Isto é diferente do caso de equilíbrio termodinâmico para gases de material, ao qual a fonte energética está determinada não apenas por temperatura, mas também de forma independente por respectivos números de moléculas diferentes, independente das características específicas das moléculas.
No caso de gases de materiais diferentes, em determinada temperatura, a densidade de energia e pressão interna pode variar de forma independente porque as moléculas diferentes podem transportar diferentes energias de excitação de forma independente.